Multi-user interference mitigation under limited feedback requirements for WCDMA systems with base station cooperation

One of the techniques that has been recently identified for dealing with multi-user interference (MUI) in future communications systems is base station (BS) cooperation or joint processing. However, perfect MUI cancellation with this technique demands severe synchronization requirements, perfect and global channel state information (CSI), and an increased backhaul and signaling overhead. In this paper, we consider a more realistic layout with the aim of mitigating the MUI, where only local CSI is available at the BSs. Due to synchronization inaccuracies and errors in the channel estimation, the system becomes partially asynchronous. In the downlink of wideband code division multiple access based systems, this asynchronism stands for the loss of the orthogonality of the spreading codes allocated to users and thus, for an increase in the MUI level of the system. In this contribution, we propose a framework for mitigating the MUI which builds in three main steps: definition of a cooperation area based on the channel characteristics, statistical modeling of the average MUI power experienced by each user and a specific spreading code allocation scheme for users served with joint processing. This code allocation assigns spreading codes to users in such a way that minimum average cross-correlation between active users can be achieved. Interestingly, these steps can be performed with a limited amount of extra feedback from the user's side

Performance evaluation of intra-site coordination schemes in cellular networks

International audienceIn this work, we develop performance evaluation models for some intra-site coordination schemes in cellular networks, with a focus on Multi-flow transmission in HSPA+. We first focus on a static scheme where coordination is always performed for all users in the overlapping region of two cells. Through the analysis of a flow-level model, we show that this scheme indeed improves the cell-edge throughput at low loads but may make the system unstable at high loads, due to the suboptimal allocation of radio resources. We notice also that these results are very sensitive to the coordination threshold. We thus investigate a dynamic scheme which performs coordination according to resource availability in the site and show that this scheme outperforms the static one at all traffic loads independently of the coordination threshold. Additional results demonstrate an efficient load balancing ability across cells. We finally analyze how our models extend to the case of opportunis-tic scheduling schemes, like Proportional Fair, and show the impact of these schemes on the coordination gains

Técnicas de equalização e pré-codificação para sistemas MC-CDMA

Mestrado em Engenharia Eletrónica e TelecomunicaçõesO número de dispositivos com ligações e aplicações sem fios está a aumentar exponencialmente, causando problemas de interferência e diminuindo a capacidade do sistema. Isto desencadeou uma procura por uma eficiência espectral superior e, consequentemente, tornou-se necessário desenvolver novas arquitecturas celulares que suportem estas novas exigências. Coordenação ou cooperação multicelular é uma arquitectura promissora para sistemas celulares sem fios. Esta ajuda a mitigar a interferência entre células, melhorando a equidade e a capacidade do sistema. É, portanto, uma arquitectura já em estudo ao abrigo da tecnologia LTE-Advanced sob o conceito de coordenação multiponto (CoMP). Nesta dissertação, considerámos um sistema coordenado MC-CDMA com pré-codificação e equalização iterativas. Uma das técnicas mais eficientes de pré-codificação é o alinhamento de interferências (IA). Este é um conceito relativamente novo que permite aumentar a capacidade do sistema em canais de elevada interferência. Sabe-se que, para os sistemas MC-CDMA, os equalizadores lineares convencionais não são os mais eficientes, devido à interferência residual entre portadoras (ICI). No entanto, a equalização iterativa no domínio da frequência (FDE) foi identificada como sendo uma das técnicas mais eficientes para lidar com ICI e explorar a diversidade oferecida pelos sistemas MIMO MC-CDMA. Esta técnica é baseada no conceito Iterative Block Decision Feedback Equalization (IB-DFE). Nesta dissertação, é proposto um sistema MC-CDMA que une a pré-codificação iterativa do alinhamento de interferências no transmissor ao equalizador baseado no IB-DFE, com cancelamento sucessivo de interferências (SIC) no receptor. Este é construído por dois blocos: um filtro linear, que mitiga a interferência inter-utilizador, seguido por um bloco iterativo no domínio da frequência, que separa eficientemente os fluxos de dados espaciais na presença de interferência residual inter-utilizador alinhada. Este esquema permite atingir o número máximo de graus de liberdade e permite simultaneamente um ganho óptimo de diversidade espacial. O desempenho deste esquema está perto do filtro adaptado- Matched Filter Bound (MFB).The number of devices with wireless connections and applications is increasing exponentially, causing interference problems and reducing the system’s capacity gain. This initiated a search for a higher spectral efficiency and therefore it became necessary to develop new cellular architectures that support these new requirements. Multicell cooperation or coordination is a promising architecture for cellular wireless systems to mitigate intercell interference, improving system fairness and increasing capacity, and thus is already under study in LTE-Advanced under the coordinated multipoint (CoMP) concept. In this thesis, efficient iterative precoding and equalization is considered for coordinated MC-CDMA based systems. One of the most efficient precoding techniques is interference alignment (IA), which is a relatively new concept that allows high capacity gains in interfering channels. It is well known that for MC-CDMA systems standard linear equalizers are not the most efficient due to residual inter carrier interference (ICI). However, iterative frequency-domain equalization (FDE) has been identified as one of the most efficient technique to deal with ICI and exploit the inherent space-frequency diversity of the MIMO MC-CDMA systems, namely the one based on Iterative Block Decision Feedback Equalization (IB-DFE) concept. In this thesis, it is proposed a MC-CDMA system that joins iterative IA precoding at the transmitter with IB-DFE successive interference cancellation (SIC) based receiver structure. The receiver is implemented in two steps: a linear filter, which mitigates the inter-user aligned interference, followed by an iterative frequency-domain receiver, which efficiently separates the spatial streams in the presence of residual inter-user aligned interference. This scheme provides the maximum degrees of freedom (DoF) and allows almost the optimum space-diversity gain. The scheme performance is close to the matched filter bound (MFB)

Contribución a la planificación sistémica de redes móviles 4G

El objetivo de esta Tesis consiste en el diseño, implementación y prueba de algoritmos, tanto convencionales –utilizados actualmente en la industria– como otros novedosos basados en Computación Evolutiva, que constituyan una contribución novedosa a la planificación sistémica de redes móviles LTE. En particular, se centra en el dimensionamiento estratégico de la red de acceso de LTE, debido a que constituye aproximadamente el 60% de la inversión total, e incluso una parte más elevada de los gastos OPEX (operating expense). La Tesis establece una novedosa propuesta para el problema de asignación o asociación de usuarios a eNBs (evolved NBs) en LTE. La contribución es este aspecto es doble: por un lado, se plantea un nuevo método para asociar N_U usuarios a N_B eNBs en redes LTE. Consiste éste en modelar la asociación usuario-eNB como un problema de optimización combinatoria en el que la función a minimizar es una métrica novedosa conocida como “Tiempo de descarga total del sistema” –Download Time of the complete System (DTS). La minimización de DTS se traduce en una asignación de usuarios a celdas más eficiente que la que se consigue con métodos convencionales como el basado en maximizar CQI (Channel Quality Indicator) o en balanceo de carga (Load Balancing –LB–). Permite la asignación de usuarios desde celdas que, de otra forma, estarían sobrecargadas a otras con menos carga. Esto tiene un doble beneficio, tanto para el operador como para los usuarios. Por una parte, ayudar al operador de red a utilizar sus recursos de una manera más equilibrada y rentable. Por otra parte, la estrategia propuesta reduce el tiempo de descarga para la mayoría de los usuarios, e introduce cierta equidad en el reparto de recursos. La minimización de DTS es un problema de gran complejidad computacional. Ésta es justamente la razón que ha motivado la segunda contribución de esta Tesis: abordar el problema de la minimización de DTS mediante un algoritmo evolutivo (EA). El aspecto más interesante del EA propuesto es la forma en la que se realiza la codificación de las soluciones (asignaciones usuario-celda) candidatas. El cromosoma es un vector de dimensión N_U en el que cada elemento representa un usuario. El elemento en la posición j contiene cierta información sobre el usuario u_j. Esa información es un número entero que representa a qué eNB de los N_U disponibles se ha asignado dicho usuario. Los operadores de mutación, cruce y selección se han diseñado para que puedan trabajar con esta codificación. El operador de cruce, en particular, es un torneo de todos contra todos. El otro aspecto novedoso de la implementación del algoritmo evolutivo propuesto se encuentra en la población inicial. Como se tiene información de una solución sub-óptima del problema (la proporcionada por el método convencional basado en CQI –que asigna un usuario al eNB para el cual tiene mejor CQI–), se incluye ésta en la población inicial, y el resto de los individuos se genera, básicamente, aplicando los operadores de mutación y cruce sobre esa solución. En cualquier caso, la solución encontrada (asociación de cada usuario a un eNB) es mejor (menor DTS) que la asignación realizada con métodos convencionales. El segundo conjunto de contribuciones de la Tesis consiste en el diseño de una herramienta de planificación estratégica LTE, centrada en el proceso de dimensionado de red en un entorno multiusuario y multiservicio, y en la que se ha integrado en módulo EA de asociación usuario-eNB. Mediante esta integración, dicha herramienta, permite realizar comparativas entre el enfoque propuesto de asignación en base al EA y otros métodos convencionales, integrados en la herramienta, como los basados en CQI y en LB. En concreto, la herramienta tiene (1) una parametrización sencilla y eficaz de los múltiples parámetros de entrada y de la ubicación inicial de los eNB, que (2) permite simular un entorno multi-servicio y multi-usuario, empleando (3) diferentes algoritmos de asociación usuario-eNB –como el propuesto en la Tesis– y (4) varios algoritmos de scheduling, de forma que (5) se garantiza el cumplimiento del requisito de Velocidad de Descarga Mínima de cada servicio. Para cumplir los requisitos (1)–(5), la herramienta calcula la velocidad media de los servicios ofertados, teniendo en cuenta los tiempos de descarga de cada uno de los usuarios. Si con el número de eNB, calculados previamente, se cumple el requisito de velocidad demandada por los distintos servicios simulados, entonces se dará́ por válido dicho valor. En caso de incumplimiento, se añaden eNBs de forma iterativa hasta cumplir el requisito anterior. Ninguna de las herramientas disponibles en el mercado, tanto comerciales como basadas en software libre, es capaz de cumplir estos requisitos. Para cuantificar en qué medida la herramienta desarrollada, en general, y nuestra propuesta de asignación usuario-celda, en particular, son útiles en el dimensionamiento de LTE, se han llevado a cabo un conjunto amplio y variado de simulaciones, en diferentes escenarios realistas, tanto urbano como urbano denso, y se han comparado con dos métodos de asignación usuario-celda convencionales basados en CQI y en LB. Estos experimentos muestran que el método propuesto supera claramente a los convencionales, especialmente en áreas urbanas y urbana densa (entornos donde la asignación es más crítica en términos de capacidad) con macro-celdas de LTE, e incluso, en escenarios que modelan redes heterogéneas y ultra densas. La herramienta y los algoritmos que se proponen en esta tesis pueden ayudar a los operadores a mejorar sus diseños previos al despliegue y a cuantificar la mejora potencial que se conseguiría en la red al añadir un nuevo nodo. Los resultados de la investigación realizada en la Tesis se han publicando en varias revistas y congresos internacionales

Introduction of multiflow for HSDPA

This paper introduces a multi-cell transmission scheme for High-Speed Downlink Packet Access (HSDPA) networks, called Multiflow. In this concept, downlink data is transmitted to a user terminal at the border of two cells from one or both of the cells. The cells may belong to same NodeB or to two different NodeBs. The data flows are separated by different scrambling codes used by each associated cell, thus the flows can be treated independently. This provides increased multi-user diversity by means of flexibility in downlink resource management, in addition to the spatial diversity of multiple transmission locations. Another important gain mechanism for this scheme is realized by short-term load balancing between neighboring cells. We evaluate the performance of Multiflow by semi-static system level simulations. The presented results reveal high throughput gains for users in handover areas and also a slight improvement to overall network performance.peerReviewe